Tác phẩm thơ, văn của Trần Thánh Tông bao gồm:

• Di hậu lục (Chép để lại cho đời sau).
• Cơ cầu lục (Chép việc nối dõi nghiệp nhà).
• Thiền tông liễu ngộ (Bài ca giác ngộ Thiền tông).
• Phóng ngưu (Thả trâu).
• Chỉ giá minh (Bài minh về sự cung kính).
• Trần Thánh Tông thi tập (Tập thơ Trần Thánh Tông).

Và một số thư từ ngoại giao, nhưng tất cả đều đã thất lạc, chỉ còn lại 6 bài thơ được chép trong Việt âm thi tập (5 bài) và Đại Việt sử ký toàn thư (1 bài).[122]

Theo đánh giá trong cuốn Thơ văn Lý Trần (tập 2, quyển thượng) do Nguyễn Huệ Chi, Trần Thị Băng Thanh, Đỗ Văn Hỷ và Trần Tú Châu biên soạn, thơ của Trần Thánh Tông "giàu chất trữ tình, kết hợp nhuần nhị giữa tinh thần tự hào về đất nước, về dân tộc của người chiến thắng, với tình yêu cuộc sống yên vui, thanh bình và phong độ ung dung, phóng khoáng của một người biết tự tin, lạc quan."[123]

Theo Đại Việt Sử ký Toàn thư, năm 1289, Trần Thánh Tông sáng tác bài thơ Dạo chơi hành cung Thiên Trường (Hạnh hành cung Thiên Trường), nói lên cảm hứng sau hai lần đánh bại quân Nguyên (1285 và 1287-1288):

行天長行宮景清幽物亦清幽，十一仙州此一州。百部笙歌禽百舌，千行奴僕橘千頭。月無事照人無事，水有秋含天有秋。四海已清塵已靖，今年遊勝昔年遊。Hạnh Thiên Trường hành cungCảnh thanh u vật diệc thanh u,Thập nhất tiên châu thử nhất châu.Bách bộ sinh ca, cầm bách thiệt,Thiên hàng nô bộc, quất thiên đầu.Nguyệt vô sự chiếu nhân vô sự,Thủy hữu thu hàm thiên hữu thu.Tứ hải dĩ thanh, trần dĩ tịnh,Kim niên du thắng tích niên du.Dạo chơi hành cung Thiên TrườngCảnh thanh u, vật cũng thanh u,Mười một tiên châu, đây một châu.Trăm giọng chim ca, trăm bộ sáo,Ngàn hàng cây quýt ngàn tên nô.Trăng vô sự soi người vô sự,Nước vẻ thu ngậm trời vẻ thu.Bốn biển đã quang, trần đã lặng,Chuyến đi nay thắng chuyến đi xưa.Bản dịch của Nhà Xuất bản Khoa học - Xã hội (1993).[124]

Trong sách Nam Ông mộng lục (in lần đầu tiên tại Trung Quốc năm 1442), viên quan Nhà Minh gốc Việt là Hồ Nguyên Trừng có lời bình luận về bài thơ của Trần Thánh Tông:[125]

“	Bài thơ này được sáng tác có lẽ vào lúc sau khi đã trải qua hai lần quân Nguyên chinh phạt, đất nước yên vui, cho nên kết thành ý thơ như vậy. Bài thơ có cấu tứ thanh cao, điệp tự âm vang, nếu chẳng phải bậc lão luyện trong làng thơ sao có thể viết được như vậy ? Huống chi, ngài bản tính thanh cao, bẩm sinh phú quý, có phong cách làm vua cả một nước, khác với người thường.	”
— Hồ Nguyên Trừng

Sách Thơ văn Lý Trần cũng ghi lại một bài của ông tên Chân tâm chi dụng (真心之用)[123] mang màu sắc Phật giáo Thiền tông:[119]

真心之用...真心之用，惺惺寂寂。無去無來，無損無益。入大入小，任順任逆。動如雲鶴，靜如牆壁。其輕如毛，其重如石。洒洒而淨，躶躶而赤。不可度量，全無踪跡。今日為君，分明剖劈。

Chân tâm chi dụng...Chân tâm chi dụng,Tinh tinh tịch tịch.Vô khứ vô lai,Vô tổn vô ích.Nhập đại nhập tiểu,Nhậm thuận nhậm nghịch.Động như vân hạc,Tĩnh như tường bích.Kỳ khinh như mao,Kỳ trọng như thạch.Sái sái nhi tịnh,Khoả khoả nhi xích.Bất khả đạc lượng,Toàn vô tung tích.Kim nhật vị quân,Phân minh phẫu phách.

Dụng của chân tâm...Dụng của chân tâm,Thông minh tịnh mịch.Không đến không đi,Không tổn không ích.Vào nhỏ vào to,Mặc thuận cùng nghịch.Động như hạc mây,Tĩnh như tường vách.Nhẹ tựa mảy lông,Nặng như bàn thạch.Trần trần trụi trụi,Làu làu trong sạch.Chẳng thể đo lường,Tuyệt vô tung tích.Nay ta vì ngươi,Tỏ bày rành mạch.(Bản dịch của Phạm Tú Châu)[123]

Ngoài ra còn có bài Cảm xúc khi đọc Đại tuệ ngữ lục (讀大慧語錄有感 Độc Đại tuệ ngữ lục hữu cảm) bày tỏ kinh nghiệm tu tập và chứng đạo:

讀大慧語錄有感一打瓦鑽龜三十年，幾回汗出為參禪。一朝識破娘生面，鼻孔元來沒半邊。二眼前無色耳無聲，一片心頭自打成。聲色不干唇舌外，任他剝報與都丁。Độc Đại tuệ ngữ lục hữu cảmIĐả ngõa toàn quy tam thập niên,Kỷ hồi hãn xuất vị tham thiền.Nhất triêu thức phá nương sinh diện,Tỵ khổng nguyên lai một bán biên.IINhãn tiền vô sắc nhĩ vô thanh,Nhất phiến tâm đầu tự đả thành.Thanh sắc bất can thần thiệt ngoại,Nhậm tha bác báo dữ đô đinh.Cảm xúc khi đọc Đại tuệ ngữ lụcIĐập ngói dùi rùa ba chục niên,Mồ hôi ướt đẫm bởi tham Thiền.Một mai nhìn thấu dung nhan mẹ,Mới biết khuôn trăng khuyết một bên.IIMắt tai nào có sắc cùng thanh,Chỉ một tâm kia tự đúc thành.Môi lưỡi bỏ ngoài thanh với sắc,Mặc người "bác báo" với "đô đinh".(Bản dịch của Phạm Tú Châu)[126]